CN109237910A - 一种节能型闭式热泵污泥烘干除湿系统与工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能型闭式热泵污泥烘干除湿系统与工艺，属于污泥干燥技术领域。本发明包括：湿污泥成型设备、烘干室、湿空气循环风机、热泵除湿机、冷凝水集水槽、干热空气循环风机、干污泥输送设备、输送装置、蒸发器、冷凝器；本发明通过增加表冷器及冷却塔、智能流量阀控制系统、U型热管换热器，而且设计时使部分循环风经过U型管换热器、表冷器及蒸发器，大幅机组的除湿量，使机组的除湿性能比更高，而且空气在烘干室和热泵除湿机内循环使用，无尾气排放，避免了对环境的污染。

Description

一种节能型闭式热泵污泥烘干除湿系统与工艺
技术领域
本发明涉及一种节能型闭式热泵污泥烘干除湿系统与工艺，属于污泥干燥技术领域。
背景技术
污泥是污水处理厂以及污水站污水处理后的必然产物，未经过完善处理处置的污泥进入环境后，会直接对水体和大气造成二次污染，对生态环境构成威胁。污泥烘干除湿设备是一种利用高温干燥空气流过污泥表面与污泥进行热湿交换，使污泥吸收高温干空气中的热量后水份不断蒸发，同时水蒸气被流过的空气带走的设备；其工作原理是：风机将环境中的空气吸入，加压后送入升温室，在升温室等湿加热后，变成高温干空气，加热后的高温干空气进入污泥烘干室，与烘干室内的污泥进行热湿交换后变成含湿量较高的湿空气，湿空气经烘干室出口排放到大气中，如此循环，除去了污泥中的绝大部分水份。
我国目前的污泥烘干除湿设备主要有以下几种型式：一种是加热室的热能由电加热管提供，直接将电能转化为热能，该型式的污泥烘干除湿设备的优点是简单可靠，对风机及加热室没有特殊要求，缺点是能耗大，运行成本高，空气流经污泥烘干室后被污泥污染，如果直接排放，会污染大气，如果处理后排放需处理的空气量太大，成本太高；一种是加热室的热能由高温蒸汽或热水通过换热器提供，该型式的污泥烘干除湿设备的优点是可靠且设备较简单，对风机及加热室没有特殊要求，缺点是能耗较大，需有蒸汽源或热水源，运行成本较高，空气流经污泥烘干室后被污泥污染，如果直接排放，会污染大气，如果处理后排放需处理的空气量太大，成本太高。
因此，亟需研发了一种新的污泥烘干设备。
发明内容
为克服现有污泥烘干除湿设备能耗大，运行成本高、污染环境的问题，本发明通过增加U型管换热器、表冷器及蒸发器解决了现有污泥烘干除湿设备的缺点。
本发明的第一个目的是提供一种闭式热泵污泥烘干除湿设备，包括：烘干室、湿空气循环风机、热泵除湿机、干热空气循环风机、输送装置；所述湿空气循环风机、热泵除湿机、干热空气循环风机串联在一起；
所述湿污泥被输送至输送装置上，输送装置在烘干室内输送湿污泥，湿污泥与烘干室干热空气进行热湿交换，湿污泥在输送装置上与空气反复进行热湿交换后，变为含水量较小的干污泥，干污泥从输送装置尾端排出烘干室，烘干室内干热空气变成低温湿空气，湿空气循环风机将烘干室内低温湿空气抽送至热泵除湿机；热泵除湿机将低温湿空气加热除湿，低温湿空气变为干热空气，干热空气循环风机将干热空气抽送至烘干室继续与湿污泥进行热湿交换。
在一种实施方式中，热泵除湿机包括蒸发器、表冷器、冷却塔、冷凝器、压缩机，表冷器及冷却塔设置于蒸发器之前，压缩机分别与蒸发器及冷凝器相连，湿空气循环风机、表冷器、冷却塔、冷凝器、蒸发器、干热空气循环风机依次连接；表冷器把压缩机、湿空气循环风机、干热空气循环风机等用电设备耗功所产生的多余热量带走，通过冷却塔散到大气中，给湿空气先降温，提高除湿量；从烘干室出来的低温湿空气经蒸发器表面被降温除湿，被降温除湿后的低温湿空气经冷凝器等湿加热后变为相对湿度较低的干热空气。
在一种实施方式中，包括湿污泥成型设备，湿污泥成型设备与烘干室连接，湿污泥成型设备位于输送装置的前端；湿污泥成型设备将湿污泥挤压成条型后再喂入输送装置，可以提高湿污泥的热交换速率。
在一种实施方式中，输送装置包括第一层污泥平铺网带、第二层污泥平铺网带，第一层污泥平铺网位于第二层污泥平铺网带上部，第一层污泥平铺网的尾端与第二层污泥平铺网的前端相连，第一层污泥平铺网与第二层污泥平铺网的转动方向相反；湿污泥成型设备将湿污泥挤压成条型后首先喂入第一层污泥平铺网带，随着第一层污泥平铺网带移动，湿污泥与周围的干热空气进行热湿交换，污泥表面的水份蒸发，湿污泥内部的水份向湿污泥表面渗透，此时与空气接触的湿污泥表面湿度比湿污泥内部湿度低，污泥经第一层污泥平铺网尾端进入第二层污泥平铺网，因第一层污泥平铺网与第二层污泥平铺网的转动方向相反，在第二层污泥平铺网上无法与空气直接接触的湿污泥直接与空气接触，经第一层污泥平铺网已经进行的热湿交换的湿污泥变为的干污泥会翻转，干污泥会位于湿污泥下部，可以大幅提供热湿交换效率，提高污泥烘干速率。
在一种实施方式中，冷却塔包括冷却水进口及冷却水出口，热泵除湿机包括冷凝水集水槽；冷却水经冷却水进口经换热后，从冷却水出口排出；低温湿空气流经蒸发器表面被降温除湿，低温湿空气中的部分水份凝结成冷凝水被收集到冷凝水集水槽内。
在一种实施方式中，所述表冷器或冷却塔设置有智能流量阀控制系统，根据表冷器或冷却塔的压力大小自动调节的表冷器或冷却塔设水流量，以保证热泵污泥烘干除湿设备内能量守恒，使循环空气在各处的温度相对稳定，使机组可适用于不同的环境温度，使烘干室内的水蒸发量及热泵除湿机内的水凝结量尽可能提高。
在一种实施方式中，所述热泵除湿机的蒸发器与表冷器之间设置有U型热管换热器，U型热管换热器包括蒸发侧和冷凝侧；烘干室出来的低温湿空气先经过U型热管换热器的蒸发侧，U型热管换热器内的制冷剂液体蒸发吸热，吸收流过U型热管换热器外侧湿空气的热量，给低温湿空气降温，低温湿空气降温后再流过表冷器及蒸发器降温除湿，降温除湿后的低温空气流经U型热管的冷凝侧，吸收U型热管换热器冷凝侧制冷剂内的热量升温，U型热管换热器的蒸发侧和冷凝侧均在热泵除湿机内，U型热管换热器蒸发侧吸收的热量和U型热管换热器冷凝侧释放的热量相等，机组没有额外功耗，机组设备内增加热管，不影响热量平衡。
在一种实施方式中，热泵除湿机包括内循环风机，内循环风机与U型管换热器、表冷器及蒸发器相连；内部循环风机抽取部分循环风，循环风经过U型管换热器、表冷器及蒸发器，使机组在一定的冷量下除湿量更大；从烘干室出来的湿空气含湿量虽然较高，但远没达到饱和，虽然经过表冷器及U型热管换热器的蒸发侧的降温，仍达不到露点温度，为了使制冷机组在一定的制冷量下尽可能多的除湿，把从烘干室出来的湿空气分成两部分，一部分经过及表冷器预降温后，再经制冷机组蒸发器降温除湿，由于表冷器只能把压缩机、风机等用电设备耗功所产生的多余热量带走，所以表冷器的换热量是不变的，让一部分循环空气流经表冷器，可以使流经表冷器的循环空气更接近露点温度，使制冷机组的制冷量少部分用空气的降温，大部分用于水蒸汽的凝结，有效提高了机组的除湿量，使机组的除湿性能比更高。
在一种实施方式中，第二层污泥平铺网尾部设置有干污泥输送设备，经烘干作业后的湿污泥变为干污泥，干污泥从第二层污泥平铺网尾部进入干污泥输送设备，经干污泥输送设备输送到指定场所。
本发明的第二个目的是提供一种闭式热泵污泥烘干除湿工艺，所述工艺是利用本发明的闭式热泵污泥烘干除湿设备。
湿污泥成型设备将湿污泥挤压成条型并均匀的平铺在第一层污泥平铺网及第二层污泥平铺网上，随着污泥平铺网的转动，湿污泥与干热空气进行热湿交换，湿污泥被烘干并经干热空气吸收污泥表面的水份变为湿空气，该过程对空气来说是理论上是等焓加湿过程，湿空气被湿空气循环风机抽送至热泵除湿机，湿空气流经蒸发器表面被降温除湿，部分水份凝结成冷凝水被冷凝水集水槽收集，降温除湿后的低温湿空气经冷凝器等湿加热后变为相对湿度较低的干热空气，被干热空气循环风机抽送至烘干室进入下一个循环。
本发明的优点和效果：
本发明具有以下优点：
1.热泵除温机的蒸发器前增加表冷器及冷却塔，表冷器把压缩机、湿空气循环风机、干热空气循环风机等用电设备耗功所产生的多余热量带走；冷却塔将多余热量散到大气中，实现湿空气先降温，保证了热泵污泥烘干除湿机内循环空气在各处的温度相对稳定的同时，有效的提高除湿量。
2.冷却塔及表冷器之间的水管路上安装有智能流量阀控制系统，根据表冷器或冷却塔的压力大小自动调节智能流量阀控制系统的开度，保证热泵污泥烘干除湿设备内能量守衡，使循环空气在各处的温度相对稳定，使机组可适用于不同的环境温度，使烘干室内的水蒸发量及热泵除湿机内的水凝结量尽可能提高。
3.设置U型热管换热器，降温除湿后的低温空气流经U型热管的冷凝侧，吸收U型热管换热器冷凝侧制冷剂内的热量，低温空气升温；由于U型热管换热器的蒸发侧和冷凝侧均在热泵除湿机内，U型热管换热器蒸发侧吸收的热量和U型热管换热器冷凝侧释放的热量相等，机组没有额外功耗，机组设备内增加热管，不影响热量平衡，降低能耗。
4.热泵除湿机包括内循环风机，内部循环风机抽取部分循环风，循环风经过U型管换热器、表冷器及蒸发器，使机组在一定的冷量下除湿量更大，使机组的除湿性能比更高。
5.空气在烘干室和热泵除湿机内循环使用，无尾气排放，避免了对环境的污染，具有环保的优点；机组烘干室内污泥水份蒸发所需的热能来源于空调热泵机组的冷凝热，除湿性能比可达3kg·水/(kW·h)，相对传统污泥烘干除湿(用燃煤烧热水或蒸汽)可节能40％，相对传统污泥烘干除湿(用电加热直供热)节省更多，具有节能的优点；机组内循环空气温度在较低的温度(40～75℃)下运行，可抑制挥发性气体挥发，安全性好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1闭式热泵污泥烘干除湿设备工作原理图；
图中标号：1-冷凝水集水槽、2-冷却水进口、3-冷却水出口、4-热泵除湿机、5-U型热管换热器、6-表冷器、7-蒸发器、8-冷凝器、9-压缩机、10-干热空气循环风机、11-烘干室、12-第一层污泥平铺网带、13-第二层污泥平铺网带、14-湿空气循环风机、15-湿污泥成型设备、16-干污泥输送设备；
具体实施方案
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
实施例一
如图1所示，一种闭式热泵污泥烘干除湿设备，湿污泥在烘干室11内与干热空气进行湿热交换，湿污泥变成干污泥，干热空气变为湿空气。
进一步的，湿污泥成型设备15将湿污泥挤压成条型并均匀的平铺在第一层污泥平铺网12上，随着第一层污泥平铺网12带12移动，湿污泥与周围的干热空气进行热湿交换，污泥表面的水份蒸发，湿污泥内部的水份向湿污泥表面渗透，此时与空气接触的湿污泥表面湿度比湿污泥内部湿度低，污泥经第一层污泥平铺网12尾端进入第二层污泥平铺网13，因第一层污泥平铺网12与第二层污泥平铺网13的转动方向相反，在第二层污泥平铺网13上无法与空气直接接触的湿污泥直接与空气接触，经第一层污泥平铺网12已经进行的热湿交换的湿污泥变为的干污泥会翻转，干污泥会位于湿污泥下部。
进一步的，第二层污泥平铺网13尾部设置有干污泥输送设备16，经烘干作业后的湿污泥变为干污泥，干污泥从第二层污泥平铺网13尾部进入干污泥输送设备16，经干污泥输送设备16输送到指定场所。
进一步的，烘干室11、湿空气循环风机14、热泵除湿机4、干热空气循环风机10串联在一起，实现空气的循环；
进一步的，热泵除湿机4包括蒸发器7、表冷器6、冷却塔、冷凝器8、压缩机9，表冷器6把压缩机9、湿空气循环风机14、干热空气循环风机10等用电设备耗功所产生的多余热量带走，通过冷却塔散到大气中，给湿空气先降温，提高除湿量；从烘干室11出来的低温湿空气经蒸发器7表面被降温除湿，被降温除湿后的低温湿空气经冷凝器8等湿加热后变为相对湿度较低的干热空气。
进一步的，湿污泥成型设备15将湿污泥挤压成条型后再喂入输送装置，可以提高湿污泥的热交换速率。
进一步的，冷却塔包括冷却水进口2及冷却水出口3，热泵除湿机4包括冷凝水集水槽1；冷却水经冷却水进口2经换热后，从冷却水出口3排出；低温湿空气流经蒸发器7表面被降温除湿，低温湿空气中的部分水份凝结成冷凝水被收集到冷凝水集水槽1内。
进一步的，所述表冷器6或冷却塔设置有智能流量阀控制系统，根据表冷器6或冷却塔的压力大小自动调节的表冷器6或冷却塔设水流量，以保证热泵污泥烘干除湿设备内能量守衡。
进一步的，所述热泵除湿机4的蒸发器7与表冷器6之间设置有U型热管换热器5，U型热管换热器5包括蒸发侧和冷凝侧；烘干室11出来的低温湿空气先经过U型热管换热器5的蒸发侧，U型热管换热器5内的制冷剂液体蒸发吸热，吸收流过U型热管换热器5外侧湿空气的热量，给低温湿空气降温，低温湿空气降温后再流过表冷器6及蒸发器7降温除湿，降温除湿后的低温空气流经U型热管的冷凝侧，吸收U型热管换热器5冷凝侧制冷剂内的热量升温，U型热管换热器5的蒸发侧和冷凝侧均在热泵除湿机4内，U型热管换热器5蒸发侧吸收的热量和U型热管换热器5冷凝侧释放的热量相等，机组没有额外功耗，机组设备内增加热管，不影响热量平衡。
进一步的，热泵除湿机4包括内循环风机，内部循环风机抽取部分循环风，循环风经过U型管换热器、表冷器6及蒸发器7，使机组在一定的冷量下除湿量更大，有效提高了机组的除湿量，使机组的除湿性能比更高。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种闭式热泵污泥烘干除湿设备，其特征在于，包括：烘干室、湿空气循环风机、热泵除湿机、干热空气循环风机、输送装置；所述输送装置位于烘干室内，烘干室、湿空气循环风机、热泵除湿机、干热空气循环风机依次串联在一起。
2.如权利要求1所述的一种闭式热泵污泥烘干除湿设备，其特征在于，所述热泵除湿机包括蒸发器、表冷器、冷却塔、冷凝器、压缩机，表冷器及冷却塔设置于蒸发器之前，压缩机分别于蒸发器及冷凝器相连，湿空气循环风机、表冷器、冷却塔、冷凝器、蒸发器、干热空气循环风机依次连接。
3.如权利要求1所述的一种闭式热泵污泥烘干除湿设备，其特征在于，闭式热泵污泥烘干除湿设备包括湿污泥成型设备，湿污泥成型设备与烘干室连接，湿污泥成型设备位于输送装置的前端。
4.如权利要求1所述的一种闭式热泵污泥烘干除湿设备，其特征在于，所述输送装置包括第一层污泥平铺网带、第二层污泥平铺网带，第一层污泥平铺网位于第二层污泥平铺网带上部，第一层污泥平铺网的尾端与第二层污泥平铺网的前端相连，第一层污泥平铺网与第二层污泥平铺网的转动方向相反。
5.如权利要求1或2任一所述的一种闭式热泵污泥烘干除湿设备，其特征在于，所述冷却塔包括冷却水进口及冷却水出口，热泵除湿机包括冷凝水集水槽。
6.如权利要求1或2或5任一所述的一种闭式热泵污泥烘干除湿设备，其特征在于，所述表冷器或冷却塔设置有智能流量阀控制系统。
7.如权利要求1或2任一所述的一种闭式热泵污泥烘干除湿设备，其特征在于，所述热泵除湿机的蒸发器与表冷器之间设置有U型热管换热器，U型热管换热器包括蒸发侧和冷凝侧。
8.如权利要求1或2任一所述的一种闭式热泵污泥烘干除湿设备，其特征在于，所述热泵除湿机包括内循环风机，内循环风机与U型管换热器、表冷器及蒸发器相连。
9.如权利要求1或4任一所述的一种闭式热泵污泥烘干除湿设备，其特征在于，所述第二层污泥平铺网带尾部设置有干污泥输送设备。
10.一种闭式热泵污泥烘干除湿工艺，其特征在于，所述工艺是利用权利要求1-9任一所述的闭式热泵污泥烘干除湿设备。
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